הבנת משרנים: יסודות ויישומים

מבוא למשרנים

אינדוקציה היא למעשה דבר אלקטרוני חשוב אשר מיושם באופן נרחב במספר מעגלים לתרגול זעיר בשדה מגנטי. הוא מורכב ממוליך, בדרך כלל סליל תיל המתנגד לשינוי זרם באמצעות השראה אלקטרומגנטית. איכות זו תואמת ביסודו של דבר את חוק הג'ול ואת חוק האינדוקציה של פאראדיי. משרן מתנהג על בסיס יכולתו להתנגד לשינוי בזרימת הזרם החשמלי הידוע בכינויו "השראות" הנמדדת בהנרי.

השראות וגורמיה

מצד שני, מספר גורמים כמו מספר הסיבובים על הסליל, השטח התחום על ידי סיבובים אלה והחומר המשמש וכן בניית השראות ההשפעה העיקריות שלו כולל גורמים פיזיים כגון: מספר הלולאות סביבו; חלל סגור על ידי מעגלים אלה; איזה חומר מכסה את הליבה שלו וכיצד הוא נוצר? במקרה זה, למשל, משרן ליבת אוויר יהיה פחות השראות מאשר משרן עם ליבה פרומגנטית (ברזל או פריט) בשל חדירות גבוהה יותר של האחרון. לפיכך, מהנדסים יכולים לתפעל פרמטרים אלה באמצעות משוואה מתמטית שסופקה, ובכך לאפשר להם לתכנן יישומים ספציפיים במדויק.

אחסון ושחרור אנרגיה

בנוסף, כאשר כוח חשמלי זורם דרך משרן, הפונקציה העיקרית שלו הופכת לאגירת אנרגיה הכלולה בשדה מגנטי. אנרגיה מאוחסנת זו משתחררת חזרה למעגלים חשמליים לאחר נסיגת הזרם. ספקי כוח משתמשים במאפיין זה מכיוון שהם עוזרים לשמור על זרמים יציבים מלבד הפחתת קפיצות מתח חולפות, ובכך הופכים חלקים גדולים יותר לחלק קריטי ליציבותם. הנוסחה E = 0.5 * L * I^2 מחשבת את האנרגיה הנישאת על ידי משרן כאשר L מייצג את השראתו ואילו I מציין זרם חשמלי זורם.

תגובת תדרים וסינון

מבחינה אלקטרונית, מסננים ועיצוב תגובת תדרים הם יישומים קריטיים שבהם סלילים נדרשים כדי לספק עכבות נחוצות, במיוחד בתדרים גבוהים. מסנני LC אשר משולבים לעתים קרובות עם קבלים יכולים לאפשר תדרים מסוימים לעבור או לחסום אותם לחלוטין בהתאם לתכנון. לצורך העניין, עיקרון זה משמש בעת החלקת יציאות DC בספקי כוח ובעת בחירת אותות ספציפיים במקלטי רדיו. ניתן להעריך את תדר התהודה של מעגל LC שבו הוא מגיב באופן מקסימלי על ידי f = 1/(2π√(LC)).

השראות במיתוג ספקי כוח

על מנת לשמור על יעילות החשמל, רמות המתח משתנות באמצעות משרנים למיתוג ספקי כוח. לאחר הפעלת מתג, שלהמשרןמאחסן אנרגיה מסוימת ולאחר מכן משחרר אותה שוב לאחר כיבוי אותו מתג. זה מאפשר המרה בין AC (זרם חילופין) ו DC (זרם ישיר) עם אובדן מינימלי של אנרגיה. גורם האיכות של המשרן שנקרא יעילות של חילופי אנרגיה כאלה תלוי בהתנגדות שלו, בתדירות הפעולה וכן בערך האינדוקציה העצמית.

מסקנה: התפקיד הרב-גוני של משרנים

לבסוף, אינדוקציה פועלת כמו חלק יסודי לא רק לייצור אלא גם אחסון או שחרור של חשמל; גם עיצוב תדרים הניתנים לשינוי ושינוי סמכויות מצורה אחת לאחרת. שיטה יציבה לשליטה באנרגיה חשמלית על פני מעגלים כלשהם קיימת כיום באמצעות השימוש בהם המבוססת על עקרונות השראה אלקטרומגנטית. לבסוף, הידיעה מה המגבלות של תכונות אלה עבור מהנדסי אלקטרוניקה המתכננים תכונות חשמליות מדויקות היא הכרחית ביותר בעת יצירת מערכות טכנולוגיה הדורשות שליטה מדויקת על תכונות חשמליות. יתר על כן, אופטימיזציה ומזעור מקבלים כיום תשומת לב רבה במהלך עבודות הפיתוח והמחקר בכל הנוגע למשרנים מכיוון שהטכנולוגיה השתנתה באופן משמעותי כיום.